3D 헤어 시뮬레이션 (Xgen, Yeti, 최적화)

안녕하세요, 오늘은 3D 헤어 시스템에 대한 소개를 들고 왔습니다.

 

영화 '왕과 사는 남자'의 호랑이 CG를 리뷰하면서 3D Fur 시스템에 대한 소개를 하고자 생각했습니다.
3D 아티스트로서 헤어 시뮬레이션(Hair Simulation)은 가장 정복하기 어려운 영역 중 하나입니다. 여기서 헤어 시뮬레이션이란 수만 가닥의 가느다란 털이 빛, 바람, 충돌에 물리적으로 반응하는 과정을 컴퓨터로 재현하는 기술을 말합니다.

 

제가 개인적으로 실사 헤어 작업을 하면서 느낀 건, 생각보다 하드서페이스나 오가닉 모델링을 다루는 분들은 많지만 헤어를 전문적으로 디테일하게 다루는 주니어는 드물다는 점이었습니다. 그래서 저는 경쟁력 있는 주니어 아티스트가 되기 위해 헤어 모델링에 집중하고 있습니다. 추후에는 헤어는 이 사람을 범접할 수 없다는 시니어로 클 때까지 열심히 한 번 공부한 기록을 남겨보겠습니다.

 

---

영화 속 헤어 기술, 어디까지 왔을까

디즈니는 헤어 시뮬레이션의 선구자라고 불립니다. 라푼젤에서는 약 14만 가닥의 머리카락을 제어하기 위해 전용 시뮬레이션 엔진을 개발했고, 주토피아에서는 캐릭터마다 수백만 개의 털을 심어 각기 다른 질감을 구현했다고 합니다. 단순히 예쁘게 보이는 것이 아니라, 눈에 젖거나 진흙에 굴렀을 때 털이 뭉치는 물리적 변화까지 계산된 결과물이었습니다.

 

한국 영화 '대호'는 저에게도 큰 충격이었습니다. 4th Creative Party가 구현한 조선의 마지막 호랑이 '산군'은 전 세계 VFX 업계를 놀라게 했습니다. 호랑이의 거친 털이 바람에 나부끼고, 눈 위를 구를 때의 물리적 상호작용은 수많은 시뮬레이션 데이터의 산물입니다(출처: 한국영화진흥위원회). 특히 근육의 움직임에 따라 미세하게 떨리는 피부 위의 털들은 한국 그래픽 기술의 수준을 한 단계 끌어올린 상징이라고 생각합니다.

 

"헤어는 그냥 모델링하면 되는 거 아닌가요?"라고 생각하는 분들도 있는데, 저는 실제로 작업해 보니 전혀 그렇지 않았습니다. 털 한 가닥 한 가닥이 빛에 반응하는 셰이더(Shader) 설정부터, 중력과 바람에 영향받는 물리 시뮬레이션까지 고려해야 할 요소가 산더미입니다. 여기서 셰이더란 3D 오브젝트의 표면이 빛과 어떻게 상호작용하는지 결정하는 프로그램을 의미합니다. 털의 반투명도, 광택, 색상 변화를 모두 셰이더로 제어하죠.

 

최근 국내 VFX 시장 규모는 약 2,500억 원에 달하며, 그중 헤어와 천 시뮬레이션을 담당하는 CFX(Character Effects) 파트의 수요가 꾸준히 증가하고 있습니다(출처: 한국콘텐츠진흥원). 일반적으로 CFX 아티스트가 헤어 시뮬레이션을 담당한다고 알려져 있지만, 제 경험상 국내 기업마다 파트 구분이 조금씩 다릅니다. 어떤 곳은 모델링 팀에서 헤어 그루밍(Grooming)까지 담당하고, 어떤 곳은 완전히 분리되어 있습니다. 해외 애니메이션 스튜디오들은 아예 시뮬레이션 전담 부서가 따로 존재하여 털의 움직임을 연구하는 팀이 있다고 합니다.

실무에서 쓰는 헤어 툴, 뭐가 다를까

XGen은 Maya의 표준 기능으로 자리 잡은 툴입니다. 저는 XGen 작업 경험이 가장 많은데, 솔직히 이 툴은 오류가 많고 꽤 까다로운 편입니다. 가이드 곡선(Guide Curve)을 사용하여 직관적으로 헤어를 배치할 수 있고, 인스턴싱(Instancing) 기술을 통해 적은 메모리로 대량의 털을 생성할 수 있다는 장점이 있습니다. 여기서 인스턴싱이란 하나의 원본 데이터를 여러 번 복제하여 사용하는 방식으로, 메모리 효율을 극대화하는 기법입니다. 실사 영화뿐만 아니라 게임 에셋 제작에서도 널리 사용됩니다.

 

"XGen이 사람 머리 표현에 최고다"라는 의견도 있지만, 실제로 써보니 동물 털에도 충분히 쓸 수 있습니다. 다만 제가 느낀 가장 큰 문제는 신기한 오류들이 작업 중간중간 튀어나온다는 점입니다. 아무리 많이 경험해도 새로운 에러가 나타나서, 편리하면서도 까다로운 툴이라는 생각이 듭니다.

 

Yeti는 Peregrine Labs에서 개발한 노드 기반 그루밍 툴입니다. 복잡한 헤어 구조를 논리적인 노드 연결로 관리할 수 있어 수정과 반복 작업에 매우 유리합니다. 많은 중대형 VFX 스튜디오에서 메인 솔루션으로 채택하고 있으며, 다이나믹 시뮬레이션과의 호환성도 뛰어나다고 합니다. "Yeti가 동물 털 표현에 편리하다"라고 보는 시각도 있는데, 개인적으로는 아직 직접 써보지 못해서 정확한 판단은 어렵습니다. 다음 프로젝트에서는 꼭 경험해보고 싶습니다.

 

Houdini Hair & Fur는 절차적(Procedural) 제작의 끝판왕입니다. 최근 Houdini는 그루밍 툴 셋을 비약적으로 발전시켰습니다. 가닥의 밀도 조절부터 물리 시뮬레이션까지 모든 과정이 데이터로 연결되어 있어, 매우 정교하고 예측 가능한 결과물을 만들어낼 수 있습니다. 복잡한 물리 엔진이 필요한 시뮬레이션 위주의 작업에 최고의 선택지라고 평가받습니다.

 

실무에서 중요한 건 단순히 털을 예쁘게 만드는 것이 아니라, 애니메이션 될 때 가볍게 움직이도록 최적화(Optimization)하는 것입니다. 여기서 최적화란 시각적 품질을 유지하면서도 연산량을 줄여 렌더링 시간과 메모리 사용량을 최소화하는 작업을 말합니다. 아무래도 왕과 사는 남자의 호랑이 렌더링이 한 프레임 당 10시간이 넘게 걸린 것이 이 최적화 과정의 차이가 될 수 있겠죠. 털의 모델링뿐만 아니라 이 털이 실시간으로 반응할 수 있도록 LOD(Level of Detail) 설정까지 고려하려면 머리가 아파옵니다. 공부할 게 정말 산더미입니다.

 

주요 헤어 시뮬레이션 툴의 특징을 정리하면 다음과 같습니다.

• XGen: Maya 표준 툴, 직관적 가이드 곡선, 인스턴싱 기술로 메모리 효율 우수
• Yeti: 노드 기반, 복잡한 구조 관리 용이, VFX 스튜디오 선호
• Houdini: 절차적 제작, 정교한 물리 시뮬레이션, 데이터 기반 워크플로우

결국 헤어 시뮬레이션은 단순한 기술을 넘어 캐릭터에 생명력을 불어넣는 '결'의 예술입니다. 저도 언젠가 그런 작업물을 만들어내는 아티스트가 되고 싶습니다. 지금은 XGen의 오류와 씨름하며 하나씩 배워가는 중이지만, 이 과정 자체가 제게는 값진 경험입니다.

---

[출처 및 기사 원문]

• https://www.youtube.com/watch?v=cvTchBdrqdw

---

 

전 세계 그래픽 뉴스를 단 하나의 브리핑으로 렌더_RenderBrief